CN114857974A - 熔盐储热供汽系统及供汽方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔盐储热供汽系统及供汽方法，属于熔盐储热技术领域。熔盐储热供汽系统包括储罐，储罐用于储放熔盐，熔盐储热供汽系统还包括换热装置和给水装置，换热装置包括沿储罐的高度方向依次设置的多个换热盘管，多个换热盘管串联且分别绕设于储罐的外侧壁，储罐的外侧壁的最上方的换热盘管具有出汽口；给水装置包括给水泵和多个给水支管，给水泵用于为给水支管供水，多个给水支管与多个换热盘管一一对应连接。上述结构使得储罐内的熔盐对应地被划分为多个熔盐供热层，通过控制各个给水支管的供水，进而控制参与供热的熔盐供热层，操作简便，且可以根据不同熔盐供热层的热量剩余情况进行调控，充分利用熔盐的热量，提高热量利用率。

Description

熔盐储热供汽系统及供汽方法

技术领域

本发明涉及熔盐储热技术领域，特别涉及一种熔盐储热供汽系统及供汽方法。

背景技术

工业中有各种需要蒸汽的场合，目前小规模的蒸汽需求主要的能量来源为电，即通过电加热器加热水，使水的温度升高，而后产生蒸汽。直接使用电加热水产生蒸汽的方式具有快速产生蒸汽的优势，但由于峰电电价较高，导致白天直接使用电加热水产生蒸汽的装置的运行成本很高。因此通常利用储热技术在晚上储热、白天放热，以此降低供蒸汽装置的运行成本。

储热技术是以储热材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要的时候释放，力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求之间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。熔盐储热供汽技术是目前常用的储热供汽技术之一。熔盐储热供汽技术主要通过储罐内的熔盐进行储热，通过换热器将熔盐的热量传递给水，进而将水转化为蒸汽。

目前熔盐储热供汽技术中换热器的设置方式主要有两种：第一种是将换热器设置于储罐内，此种方式存在换热器的震动问题以及换热器内工质流出，进而流入熔盐中的风险；第二种是将换热器设置于储罐的外侧壁上，此种方式存在储罐内熔盐上下温差大的问题，尤其下部熔盐一直加热冷水会出现凝固现象，不利于传热，同时在下一次循环充热时下部熔盐温升很慢，在上部熔盐到达使用温度上限时，下部熔盐温度还处于较低温度，熔盐放热不充分、热量利用率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有熔盐储热供汽技术中熔盐放热不充分、热量利用率低的缺陷，提供一种熔盐储热供汽系统及供汽方法。

本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种熔盐储热供汽系统，包括储罐，所述储罐用于储放熔盐，所述熔盐储热供汽系统还包括：

换热装置，所述换热装置包括沿所述储罐的高度方向依次设置的多个换热盘管，多个所述换热盘管串联且分别绕设于所述储罐的外侧壁，所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管具有出汽口；

给水装置，所述给水装置包括给水泵和多个给水支管，所述给水泵用于为所述给水支管供水，多个所述给水支管与多个所述换热盘管一一对应连接。

在本方案中，通过给水装置为换热装置供水，通过储罐中的熔盐为换热装置供热，进而通过换热装置将水加热为蒸汽。多个换热盘管沿储罐高度方向依次设置且串联连接，使得储罐内的熔盐对应地被划分为多个熔盐供热层，即每个换热盘管对应一个熔盐供热层；给水支管分别为换热盘管一一对应供水，使得不同熔盐供热层的热量利用可以相对独立；通过控制各个给水支管的供水，进而控制参与供热的熔盐供热层，操作简便，且可以根据不同熔盐供热层的热量剩余情况进行调控，充分利用熔盐的热量，提高热量利用率。

优选地，所述给水装置还包括多个给水阀门，多个所述给水阀门一一对应设置于多个所述给水支管上。

在本方案中，给水阀门与给水支管一一对应设置，进而通过给水阀门分别控制不同的给水支管的进水，实现各个给水支管的供水独立，进而控制对应的换热盘管的进水，实现熔盐的分层利用，充分利用每层熔盐的热量，提高热量利用率。

优选地，多个所述给水支管串联，与所述储罐的外侧壁的最下方的所述换热盘管相连接的所述给水支管连接于所述给水泵。

在本方案中，给水支管串联，给水泵与最下面的换热盘管对应的给水支管的进水口连通。给水支管被配置为：给水支管的内部阻力小于相邻的下一级换热盘管的内部阻力，以使得水流优先流入给水支管，进而通过开闭各个给水支管上的给水阀门而实现不同给水支管的供水，串联的连接方式能够节省给水支管的材料用量，减少给水支管的占用空间。其中，相邻的下一级换热盘管是指沿竖直方向位于给水支管相连接的换热盘管的下方的相串联的换热盘管。

优选地，多个所述给水支管并联，多个所述给水支管分别连接于所述给水泵。

在本方案中，给水支管并联，由给水泵分别供水，各个给水支管之间的进水彼此独立，互不干涉，操控方便。

优选地，所述熔盐储热供汽系统还包括温控装置，所述温控装置包括第一测温件，所述第一测温件连通于所述出汽口，所述第一测温件用于测量所述出汽口的蒸汽的温度。

在本方案中，通过在出汽口设置第一测温件，可以测得熔盐储热供汽系统所输出的蒸汽的温度，以判断蒸汽的温度是否在设定温度范围内。如果温度偏高，可以通过减少参与供热的熔盐供热层的数量来降低蒸汽温度以达到设定值；如果温度偏低，可以通过增加参与供热的熔盐供热层的数量来提高蒸汽温度以达到设定值。

优选地，所述温控装置包括还减温水泵和减温器，所述减温器与所述出汽口连通，所述减温水泵用于向所述减温器注入冷水以降低流经所述减温器的蒸汽的温度至设定温度。

在本方案中，出汽口输出的蒸汽流经减温器，当出汽口输出的蒸汽温度偏高时，可以通过减温水泵向减温器中注入冷水以降低流经减温器的蒸汽的温度。此种减温方式成本低廉、减温速度快。

优选地，所述温控装置还包括减温水管和减温阀门，所述减温水管的两端分别连通所述减温水泵和所述减温器，所述减温阀门设置于所述减温水管上，所述减温阀门用于控制所述减温水管的水流量。

在本方案中，通过减温水管连接减温器和减温水泵，通过减温阀门控制流经减温水管的水流量，可以根据出汽口的蒸汽温度高于设定值的差值来控制减温水管的水流量，进而控制减温器的冷水注入量，使得蒸汽温度更快更精确地达到设定值。

优选地，所述温控装置还包括第二测温件，所述第二测温件连接于所述减温器，所述第二测温件用于测量经所述减温器减温后的蒸汽的温度。

在本方案中，通过第二测温件来测量经减温器减温后的蒸汽温度，进而保证最终输出的蒸汽温度达到设定值，保证输出蒸汽温度的准确性。当输入的蒸汽温度偏高时，可以通过调节减温水管的水流量来降低蒸汽温度，或者通过减少参与供热的熔盐供热层的数量来降低蒸汽温度；当蒸汽温度偏低时，可以通过增加参与供热的熔盐供热层的数量来提高蒸汽温度。

一种熔盐储热供汽方法，其包括以下步骤：

步骤S1、提供如上所述的熔盐储热供汽系统；

步骤S2、多个所述换热盘管按照由上至下的顺序依次供水。

在本方案中，沿竖直方向，先为储罐外侧壁最上方的换热盘管供水，充分利用此换热盘管对应的熔盐供热层的热量，当此层熔盐的热量不足以使输出的蒸汽的温度达到设定值时，停止此换热盘管的供水，为相邻的下一级换热盘管供水，此时由于上述两级换热盘管串联，增加了水流的加热路径，能够提高输出蒸汽的温度，且能够利用最上面一层的熔盐的余热；依次类推，直到为最下面的换人盘管供水，此时水流流经所有的换热盘管，最大程度的利用各层熔盐的余热，使得从上至下，每一层的熔盐的热量都能得到充分利用，提高熔盐的热量利用率。

优选地，所述熔盐储热供汽系统还包括第一测温件，所述第一测温件用于测量所述出汽口的蒸汽的温度，所述步骤S2包括：

步骤S21、当所述出汽口的蒸汽的温度第一次低于设定值时，关闭所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管所连接的所述给水支管；

步骤S22、当所述出汽口的蒸汽的温度第二次低于设定值时，关闭与所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管相连接的另一所述换热盘管所连接的另一所述给水支管；

步骤S23、依次类推，直至关闭与所述储罐的外侧壁的最下方的所述换热盘管相连接的所述给水支管。

在本方案中，通过第一测温件来反应出汽口输出的蒸汽温度，据此来控制各个换热盘管的供水以使输出蒸汽的温度更加精确，满足要求。当出汽口的蒸汽温度第一次低于设定值时，说明最上面的熔盐供热层的热量已经不足以使蒸汽温度达到设定值了，此时关闭最上面的换热盘管的供水，打开相邻的下一级的换热盘管的供水，下一级换热盘管对应的熔盐未经过换热，温度较高，而且水流流经上述两级换热盘管，增加了水流路径，增大了换热面积，能够提高蒸汽的温度至设定值；当出汽口的蒸汽温度第二次低于设定值时，说明最上面的两层熔盐供热层的热量已经不足以使得蒸汽温度达到设定值了，此时需要关闭最上面的两个换热盘管的供水，打开相邻的下一级的换热盘管的供水，水流流经上述三级换热盘管，进一步增加了水流路径，增大了换热面积，能够提高蒸汽的温度至设定值；依次类推，直至打开最后一级换热盘管的供水，关闭其上面的所有换热盘管的供水，此时水流流经所有的换热盘管，水流路径最长，换热面积最大，能够提高蒸汽的温度至设定值。上述供水顺序最大程度地利用了熔盐的热量，提高了熔盐的热量利用率。

本发明的积极进步效果在于：

通过给水装置为换热装置供水，通过储罐中的熔盐为换热装置供热，进而通过换热装置将水加热为蒸汽。多个换热盘管沿储罐高度方向依次设置且串联连接，使得储罐内的熔盐对应地被划分为多个熔盐供热层，即每个换热盘管对应一个熔盐供热层；给水支管分别为换热盘管一一对应供水，使得不同熔盐供热层的热量利用可以相对独立；通过控制各个给水支管的供水，进而控制参与供热的熔盐供热层，操作简便，且可以根据不同熔盐供热层的热量剩余情况进行调控，充分利用熔盐的热量，提高热量利用率。

附图说明

图1为本发明一实施例的熔盐储热供汽系统的示意图。

图2为本发明一实施例的熔盐储热供汽方法的流程图。

附图标记说明：

储罐1

换热盘管2

出汽口21

给水泵31

给水支管32

给水阀门33

连接管34

第一测温件41

减温水泵42

减温器43

减温水管44

减温阀门45

第二测温件46

电加热器5

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。

如图1所示，本实施例提供一种熔盐储热供汽系统，包括储罐1，储罐1用于储放熔盐，熔盐储热供汽系统还包括换热装置和给水装置，换热装置包括沿储罐1的高度方向依次设置的多个换热盘管2，多个换热盘管2串联且分别绕设于储罐1的外侧壁，具体地，本实施例中，换热盘管2焊接于储罐1的外侧壁，储罐1的外侧壁的最上方的换热盘管2具有出汽口21；给水装置包括给水泵31和多个给水支管32，给水泵31用于为给水支管32供水，多个给水支管32与多个换热盘管2一一对应连接。

通过给水装置为换热装置供水，通过储罐1中的熔盐为换热装置供热，进而通过换热装置将水加热为蒸汽。多个换热盘管2沿储罐1高度方向依次设置且串联连接，使得储罐1内的熔盐对应地被划分为多个熔盐供热层，即每个换热盘管2对应一个熔盐供热层；给水支管32分别为换热盘管2一一对应供水，使得不同熔盐供热层的热量利用可以相对独立；通过控制各个给水支管32的供水，进而控制参与供热的熔盐供热层，操作简便，且可以根据不同熔盐供热层的热量剩余情况进行调控，充分利用熔盐的热量，提高热量利用率。同时通过梯级投入换热面，均匀换热，使得在放热结束时储罐1内的熔盐上下温差小，底部熔盐不出现凝固现象，避免因熔盐凝固而影响换热速率。且换热盘管2连接于储罐1的外侧壁，没有加热工质流入熔盐的风险，同时便于检修。

本实施例中，熔盐储热供汽系统还包括电加热器5，电加热器5与储罐1法兰连接，电加热器5的加热端位于储罐1中，用于为储罐1中的熔盐进行加热，在熔盐达到使用上限温度时停止加热，将热量储存在熔盐中。采用电加热器5可以利用晚上谷电对熔盐进行加热和储热，在白天进行放热，避免白天直接采用峰电加热熔盐导致供汽成本高昂。

本实施例中，给水装置还包括多个给水阀门33，多个给水阀门33一一对应设置于多个给水支管32上，进而通过给水阀门33分别控制不同的给水支管32的进水，实现各个给水支管32的供水独立，进而控制对应的换热盘管2的进水，实现熔盐的分层利用，充分利用每层熔盐的热量，提高热量利用率。

本实施例中，多个给水支管32串联，与储罐1的外侧壁的最下方的换热盘管2相连接的给水支管32连接于给水泵31。给水支管32被配置为：给水支管32的内部阻力小于相邻的下一级换热盘管2的内部阻力，以使得水流优先流入给水支管32，进而通过开闭各个给水支管32上的给水阀门33而实现不同给水支管32的供水，串联的连接方式能够节省给水支管32的材料用量，减少给水支管32的占用空间。其中，相邻的下一级换热盘管2是指沿竖直方向位于给水支管32相连接的换热盘管2的下方的相串联的换热盘管2。具体在本实施例中，给水支管32为直管或近似直管，水路远短于相邻的下一级换热盘管2，因此给水支管32的水路阻力小于下一级换热盘管2。在其他的实施例中，也可以采用其他结构控制水路阻力。

在本实施例中，熔盐储热供汽系统还包括多个连接管34，连接管34与给水支管32一一对应连接，连接管34的两端分别连通给水支管32和对应的换热盘管2。具体地，给水支管32具有三个连接口，分别连通上下与其相串联的给水支管32和连接管34，使得供水更加便捷快速。

在其他实施例中，多个给水支管32也可以并联设置，多个给水支管32分别连接于给水泵31，由给水泵31分别供水，各个给水支管32之间的进水彼此独立，互不干涉，操控方便。

本实施例中，熔盐储热供汽系统还包括温控装置，温控装置包括第一测温件41，第一测温件41连通于出汽口21，第一测温件41用于测量出汽口21的蒸汽的温度，以判断蒸汽的温度是否在设定温度范围内。如果温度偏高，可以通过减少参与供热的熔盐供热层的数量来降低蒸汽温度以达到设定值；如果温度偏低，可以通过增加参与供热的熔盐供热层的数量来提高蒸汽温度以达到设定值。

本实施例中，温控装置包括还减温水泵42和减温器43，减温器43与出汽口21连通，减温水泵42用于向减温器43注入冷水以降低流经减温器43的蒸汽的温度至设定温度。出汽口21输出的蒸汽流经减温器43，当出汽口21输出的蒸汽温度偏高时，可以通过减温水泵42向减温器43中注入冷水以降低流经减温器43的蒸汽的温度。具体地，在本实施例中，减温器43中的冷水通道和蒸汽通道互不连通。此种减温方式成本低廉、减温速度快。在其他实施例中，也可以采用其他结构进行减温。

本实施例中，温控装置还包括减温水管44和减温阀门45，减温水管44的两端分别连通减温水泵42和减温器43，减温阀门45设置于减温水管44上，减温阀门45用于控制减温水管44的水流量。通过减温水管44连接减温器43和减温水泵42，通过减温阀门45控制流经减温水管44的水流量，可以根据出汽口21的蒸汽温度高于设定值的差值来控制减温水管44的水流量，进而控制减温器43的冷水注入量，使得蒸汽温度更快更精确地达到设定值。

本实施例中，温控装置还包括第二测温件46，第二测温件46连接于减温器43，第二测温件46用于测量经减温器43减温后的蒸汽的温度，进而保证最终输出的蒸汽温度达到设定值，保证输出蒸汽温度的准确性。当输入的蒸汽温度偏高时，可以通过调节减温水管44的水流量来降低蒸汽温度，或者通过减少参与供热的熔盐供热层的数量来降低蒸汽温度；当蒸汽温度偏低时，可以通过增加参与供热的熔盐供热层的数量来提高蒸汽温度。

如图2所示，本实施例还提供一种熔盐储热供汽方法，其包括以下步骤：

步骤S1、提供如上所述的熔盐储热供汽系统；

步骤S2、多个换热盘管2按照由上至下的顺序依次供水。

沿竖直方向，先为储罐1外侧壁最上方的换热盘管2供水，充分利用此换热盘管2对应的熔盐供热层的热量，当此层熔盐的热量不足以使输出的蒸汽的温度达到设定值时，停止此换热盘管2的供水，为相邻的下一级换热盘管2供水，此时由于上述两级换热盘管2串联，增加了水流的加热路径，能够提高输出蒸汽的温度，且能够利用最上面一层的熔盐的余热；依次类推，直到为最下面的换人盘管供水，此时水流流经所有的换热盘管2，最大程度的利用各层熔盐的余热，使得从上至下，每一层的熔盐的热量都能得到充分利用，提高熔盐的热量利用率。

本实施例中，熔盐储热供汽系统还包括第一测温件41，第一测温件41用于测量出汽口21的蒸汽的温度，步骤S2包括：

步骤S21、当出汽口21的蒸汽的温度第一次低于设定值时，关闭储罐1的外侧壁的最上方的换热盘管2所连接的给水支管32；

步骤S22、当出汽口21的蒸汽的温度第二次低于设定值时，关闭与储罐1的外侧壁的最上方的换热盘管2相连接的另一换热盘管2所连接的另一给水支管32；

步骤S23、依次类推，直至关闭与储罐1的外侧壁的最下方的换热盘管2相连接的给水支管32。

通过第一测温件41来反应出汽口21输出的蒸汽温度，据此来控制各个换热盘管2的供水以使输出蒸汽的温度更加精确，满足要求。当出汽口21的蒸汽温度第一次低于设定值时，说明最上面的熔盐供热层的热量已经不足以使蒸汽温度达到设定值了，此时关闭最上面的换热盘管2的供水，打开相邻的下一级的换热盘管2的供水，下一级换热盘管2对应的熔盐未经过换热，温度较高，而且水流流经上述两级换热盘管2，增加了水流路径，增大了换热面积，能够提高蒸汽的温度至设定值；当出汽口21的蒸汽温度第二次低于设定值时，说明最上面的两层熔盐供热层的热量已经不足以使得蒸汽温度达到设定值了，此时需要关闭最上面的两个换热盘管2的供水，打开相邻的下一级的换热盘管2的供水，水流流经上述三级换热盘管2，进一步增加了水流路径，增大了换热面积，能够提高蒸汽的温度至设定值；依次类推，直至打开最后一级换热盘管2的供水，关闭其上面的所有换热盘管2的供水，此时水流流经所有的换热盘管2，水流路径最长，换热面积最大，能够提高蒸汽的温度至设定值。上述供水顺序最大程度地利用了熔盐的热量，提高了熔盐的热量利用率。当出汽口21处的蒸汽温度再次低于设定值时，结束本次放热。

本实施例的熔盐储热供汽方法能够在储罐1内的熔盐整体温度最高、储热量最大时投入最少的受热面，在储罐1内的熔盐整体温度逐渐降低、储热量逐渐减小时逐步投入更多的受热面，可以使熔盐的放热更为均匀；同时越接近底部的熔盐参与放热时间越短，可以避免传统方法中下部的熔盐因一直加热冷水而凝固。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种熔盐储热供汽系统，包括储罐，所述储罐用于储放熔盐，其特征在于，所述熔盐储热供汽系统还包括：

换热装置，所述换热装置包括沿所述储罐的高度方向依次设置的多个换热盘管，多个所述换热盘管串联且分别绕设于所述储罐的外侧壁，所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管具有出汽口；

给水装置，所述给水装置包括给水泵和多个给水支管，所述给水泵用于为所述给水支管供水，多个所述给水支管与多个所述换热盘管一一对应连接。

2.如权利要求1所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，所述给水装置还包括多个给水阀门，多个所述给水阀门一一对应设置于多个所述给水支管上。

3.如权利要求2所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，多个所述给水支管串联，与所述储罐的外侧壁的最下方的所述换热盘管相连接的所述给水支管连接于所述给水泵。

4.如权利要求2所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，多个所述给水支管并联，多个所述给水支管分别连接于所述给水泵。

5.如权利要求1所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，所述熔盐储热供汽系统还包括温控装置，所述温控装置包括第一测温件，所述第一测温件连通于所述出汽口，所述第一测温件用于测量所述出汽口的蒸汽的温度。

6.如权利要求5所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，所述温控装置包括还减温水泵和减温器，所述减温器与所述出汽口连通，所述减温水泵用于向所述减温器注入冷水以降低流经所述减温器的蒸汽的温度至设定温度。

7.如权利要求6所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，所述温控装置还包括减温水管和减温阀门，所述减温水管的两端分别连通所述减温水泵和所述减温器，所述减温阀门设置于所述减温水管上，所述减温阀门用于控制所述减温水管的水流量。

8.如权利要求6所述的熔盐储热供汽系统，其特征在于，所述温控装置还包括第二测温件，所述第二测温件连接于所述减温器，所述第二测温件用于测量经所述减温器减温后的蒸汽的温度。

9.一种熔盐储热供汽方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、提供如权利要求1-8任一项所述的熔盐储热供汽系统；

步骤S2、多个所述换热盘管按照由上至下的顺序依次供水。

10.如权利要求9所述的熔盐储热供汽方法，其特征在于，所述熔盐储热供汽系统还包括第一测温件，所述第一测温件用于测量所述出汽口的蒸汽的温度，所述步骤S2包括：

步骤S21、当所述出汽口的蒸汽的温度第一次低于设定值时，关闭所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管所连接的所述给水支管；

步骤S22、当所述出汽口的蒸汽的温度第二次低于设定值时，关闭与所述储罐的外侧壁的最上方的所述换热盘管相连接的另一所述换热盘管所连接的另一所述给水支管；

步骤S23、依次类推，直至关闭与所述储罐的外侧壁的最下方的所述换热盘管相连接的所述给水支管。

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